传热学理论在食品冷链物流中的应用

[摘 要] 目前，食品冷链物流对于食品安全的重要性越来越受到广大消费者的重视，本文应用传热学的基础理论，分析了食品冷链物流中存在的热传递问题，阐明了传热规律的分析在食品冷链物流运作中食品加工，设备的选择等环节中的重要作用。

[关键词] 食品冷链物流 传热学理论

近年来，随着人们生活水平的不断提高，食品安全越来越受到广大消费者的重视，食品冷链物流就是为确保易腐食品的加工、运输和销售而建立起来的一项系统工程，从原料的采摘、捕、收购等环节、生产、加工、运输、贮藏、销售流通的整个过程中，始终保持合适的低温条件，以保证食品的质量，减少损耗。在食品的冷链物流过程中，始终伴随着热量的传递现象，本文将讨论传热学的基本理论在食品冷链物流过程中的应用。

一、传热学的概念

传热学是研究在温差作用下的热量传递规律的一门学科，热量传递可以通过三种不同的方式进行，即热传导、对流换热和辐射换热，三种传热方式遵循着各自不同的基本定律。在传热过程中，为提高热能利用的经济性而采取的增强或削弱传热的种种措施，都来源于对三种基本传热方式基本规律的研究。

在食品生产和运输过程中，传热问题通常可分为两类：一类是要求设备传热性能良好，以达到挖掘传热设备的潜力或缩小传热设备的尺寸，并完成所有要求的传热任务的目的；另一类是减少或抑制热量的传递，以达到节约能量，维持操作稳定，改善操作人员的劳动条件等目的。

二、食品冷藏链的组成

食品冷藏链是指易腐食品在生产、贮藏、运输、销售直至消费前的各个环节中始终处于规定的低温环境下，以保证食品质量，减少食品损耗的一项系统工程。按食品从加工到消费所经过的时间顺序分类，食品冷藏链由冷冻加工、冷冻贮藏、冷藏运输和冷冻销售四个方面构成。冷冻加工包括肉类、鱼类的冷却与冻结，果蔬的预冷与速冻，各种冷冻食品的加工等，主要涉及冷却与冻结装置；冷冻贮藏包括食品的冷藏和冻藏，主要涉及各类冷藏库、冷藏柜、冻结柜及家用冰箱等；冷藏运输包括食品的中、长途运输及短途送货等，主要涉及铁路冷藏车、冷藏汽车、冷藏船、冷藏集装箱等低温运输工具。冷冻销售包括冷冻食品的批发及零售等，由生产厂家、批发商和零售商共同完成。按食品冷藏链中各环节的装置分类，可分为固定的装置和流动的装置。固定的装置包括冷藏库、冷藏柜、家用冰箱、超市冷藏陈列柜等。冷藏库主要完成食品的收集、加工、贮藏及分配；冷藏柜和冷藏陈列柜主要完成供机关团体的食堂及食品零售用；家用冰箱主要是为冷冻食品的家庭供应所用；流动的装置包括铁路冷藏车、冷藏汽车、冷藏船和冷藏集装箱等。

三、传热学理论在食品冷链物流中的应用

1.食品热性质参数在食品冷链物流中的重要作用

食品的热性质参数包括比热容、热导率和热扩散系数等。比热容是单位质量产品在不改变状态情况下,温度改变一个单位所获得或失去的热量。食品比热容受到食品的组成、水分含量、温度和压强等多方面的影响。食品的热导率是一个用于计算传热速率的重要性质。热导率的定量表达是,单位时间内,传导通过单位厚度食品材料的热量。食品热导率不仅和食品材料的组分、颗粒大小等因素有关,还与材料的均匀性有关。食品的热扩散系数是一个与热导率、密度和比热容相关的比值，反映了材料在传热过程中温度的传递速率。在进行食品加工过程或运输加工设备设计时,我们就需要了解食品和设备材料的比热容、热导率和热扩散系数等热性质参数。

2.传热模型在食品冷链物流中的应用

在食品冷链物流过程中，伴随着导热、对流和热辐射三种传递热量的方式。例如，蔬菜、水果在其贮藏、加工、运输过程中均伴随热量的交换和传递，对这些加工工艺及其设备的设计，都需了解热传递过程中的热流量以及食品各处各时刻的温度分布，这些问题的解决就需要应用定量的手段给以解决。传热模型就是通过大量实验总结的规律，建立合理的物理模型和数学模型，然后利用数学分析方法进行求解，对难以利用解析法求解的问题，可以用数值求解方法和电阻计算机进行求解。

3.食品冷链物流中的稳态传热情况

在食品冷链物流过程中，对于传热问题，通常要考虑稳态和非稳态条件。稳态条件传热意味着物体内部的温度场分布不随时间而变，但物体内部不同部位温度可以不同。在非稳态条件下，温度同时随位置和时间而变。比如，在食品贮藏冷库中，冷库墙内壁温度由制冷作用维持在6℃，而墙外温度日夜都在变化。假定一天中有几个小时的温度维持在20℃不变，那么，在此时间段内热量从墙外传入冷库的条件就是稳态条件。墙截面上任何位置的温度将维持不变，但这一点的温度与墙内传热方向上其他位置的温度是不同的。虽然真正的稳态条件很少见，但它们的数学分析却很容易，因此，在大多数情况下，我们总是用稳态条件来对给定问题进行分析，以获得有用的设备和加工过程设计的信息。

4.食品冷链物流中的非稳态传热情况

非稳态传热是温度随位置和时间而变的加热或冷却过程。在稳态传热中，温度只与位置有关。但是，当食品在冷却和热加工中，整个过程可以发生在非稳态时期，因此非稳态期是食品物流过程中的重要时间段，这类过程设计必须对温度随时间变化的非稳态期加以分析。比如，在上述的冷库中，如果墙外的温度是变化的，例如增加到30℃左右，那么，通过墙的传热是非稳态的，因为此时墙内的温度将随时间和位置而发生变化。这时，就需要建立非稳态的传热计算模型来进行分析。

参考文献:

[1]华泽钊 李云飞 刘宝林:食品冷冻冷藏原理与设备[M]. 北京:机械工业出版社,1999

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[3]胡 勇:论新环境下的食品物流问题.物流技术[J].2002，122（11）：42～44